最近恆星系統發現宜居帶類地行星,「比鄰星b」會是第二個地球嗎?

2016.08.25 by
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最近恆星系統發現宜居帶類地行星,「比鄰星b」會是第二個地球嗎?
葉文潔在紅岸基地發射的一串信號,給地球招來了滅頂之災,而這個為地球帶來末日審判的外星文明就來自離地球 4 光年外的隔壁星系。這故事既離奇又驚...

葉文潔在紅岸基地發射的一串信號,給地球招來了滅頂之災,而這個為地球帶來末日審判的外星文明就來自離地球 4 光年外的隔壁星系。這故事既離奇又驚悚,但好在這只是小說。(出自小說《三體》)

事情就是這麼巧合,歐洲南方天文台(ESO)昨天在官網上正式確認,距離我們最近的恆星系統比鄰星(Proxima Centauri)中,有一個處在宜居帶上的類地行星,並且極有可能有液態水。

art in proxima b

圖片來自:Pale Red Dot

除了震驚,還是震驚,讓人瞬間腦洞大開:星際殖民有希望了?人類找到第二故鄉了?地球生態滅絕後有退路了?我們在這個浩渺的宇宙中可能並不是唯一的生命體?

如果你現在進入了這種發燒狀態,讓我們來給你降降溫。

我們知道什麼?

這顆類地行星被稱為比鄰星b(Proxima Centauri b),圍繞著一顆紅矮星公轉,這也是人類已知距離地球最近的系外行星,僅距離4.24光年,相較於之前發現的開普勒452b 1,400光年的距離,這已足夠讓人讚嘆。

根據估算,這顆行星為固態,表面遍布岩石,質量不少於地球的1.3倍,因此體積也可能比地球稍大一點。

proxima Centauri

圖片來自:Daily Mail(望遠鏡上的比鄰星)

為什麼科學家認為這個星球宜居,並且有液態水呢?因為這個星球處在比鄰星的宜居帶上。

比鄰星 b 距離中心的紅矮星 730 萬公里,不足日地距離的 5%,比水星離太陽的距離還要短。也正是由於軌道半徑小,比鄰星b上的一年只有約 11 天。

而它之所以沒有成為一個像水星那樣地獄般的世界,是因為中心的紅矮星放出輻射少,溫度較低,而且直徑和質量都不足太陽的15%。

proxima centauri size

圖片來自:phl(估算對比)

因此根據估算,比鄰星b接受的熱量在這個距離上剛剛好。

或許是巧合,比鄰星很可能是一個三星系統的一部分,如果事實如此,將和《三體》的橋段非常相似。

在《三體》裡,三體人的星系中,三個恆星在做著難以破解的三體運動,而比鄰星則繞著一個被稱作半人馬座阿爾法的雙恆星系統公轉,三顆恆星之間有復雜的引力關係。

Pale Red Dot is an international search for an Earth-like exoplanet around the closest star to us, Proxima Centauri. It will use HARPS, attached to ESO's 3.6-metre telescope at La Silla Observatory, as well as the Las Cumbres Observatory Global Telescope Network (LCOGT) and the Burst Optical Observer and Transient Exploring System (BOOTES). It will be one of the few outreach campaigns allowing the general public to witness the scientific process of data acquisition in modern observatories. The public will see how teams of astronomers with different specialities work together to collect, analyse and interpret data, which may or may not be able to confirm the presence of an Earth-like planet orbiting our nearest neighbour . The outreach campaign consists of blog posts and social media updates on the Pale Red Dot Twitter account and using the hashtag #PaleRedDot. For more information visit the Pale Red Dot website: http://www.palereddot.org

圖片來自:Pale Red Dot(三星系統)

在南半球的夜空中,你確實難以察覺到又小又暗的比鄰星,但半人馬座阿爾法的兩顆恆星則在夜空中最為閃亮,而找到了它,你也就接近發現比鄰星。

而這就幾乎是我們目前已知的一切。

什麼還不確定?

就目前得到的信息來看,一切都是基於人類結合觀測後在理論上的推演,而至於這個星球到底是天堂還是地獄,變數還很大。

根據官方聲明,儘管可推測比鄰星b處在宜居帶,但考慮到它距紅矮星的距離,它可能會受到紫外線與X 射線的強烈影響,所受輻射將比太陽對地球的更強。

Pale Red Dot專案的研究者已經分別用兩篇論文探討了星球可能的氣候狀況,最終明確,這顆星球到底有沒有水還是未知,但在理論上完全有這個可能,但是即便存在,地表液態水只可能存在於地表光照最充足的區域,比如熱帶地區(3:2 共振軌道情形)或向陽一面(同步自轉情形)。

此外,行星的自轉狀態(傾角、週期)、紅矮星的輻射、行星形成史,都可能對其氣候產生影響。

proxima b effects

圖片來自:Slate

而美國著名天文學家Phil Plait在部落格中分析了其中至關重要的兩個不確定因素。

首先,我們不知道星球的真實質量。如果觀測角度是行星公轉軌道的正側面,那的確可以估算出比地球重1.3 倍這個數據,但如果觀測時公轉軌道是傾斜的,那星球的質量應該會比之前公佈的更大,而這也將影響行星的環境。

其次,他還指出,行星存在於宜居帶並不是有液態水的直接證據。比如,如果沒有緻密的大氣層,那行星氣溫可能會低至-40℃左右,而地球在除去溫室效應的情況下這一數字是-15℃,而沒有液態水以及適當的光和熱,其存在生命體的可能性也會減小。

此外,關於星球的組成成分、尺寸等都還一概不知,因此Plait說:

這個地方可能會完全不適宜居住,也有可能是伊甸園,我們完全沒有辦法知道,所以要額外注意:比鄰星b 確實可能與地球大小相仿,但至於是不是有地球那樣的宜居環境,我們完全無從得知。

「第二地球」的判定鐵律

既然還有這麼多未知謎團,那Pale Red Dot的天文學家有何底氣稱其宜居呢?讀到這裡,你會注意到我們反覆提到一個詞:宜居帶。那到底什麼是宜居帶呢?

根據2013 年學術期刊Science 上的一段介紹,宜居帶(habitable zone)是圍繞恆星的一個軌道範圍,在這個範圍內,光和熱都較為適中,因此在充足的大氣壓下,行星表面可以形成液態水。

proxmia b habitable area

圖片來自:Slate(比鄰星b處在綠色宜居帶上)

是否宜居與恆星的輻射、行星的質量、大氣狀況都有決定性的關聯,而處於宜居帶僅僅是其中一個因素。

綜合這些因素,地表液態水,是存在生命的一個至關重要的條件。地球則是個巧合,是一個幸運兒,它就處在那個黃金平衡點上,各項指數都剛剛好,而比鄰星 b 能達到這種黃金平衡的機率微乎其微。

在本次發現中,科學家得出宜居這一假設,主要是基於其處於宜居帶,並且質量與地球相仿,但這實際上並沒有將所有情況都考慮完全,比如之前提到的大氣、所受輻射等。

kepler 186f art

圖片來自:Daily Mail(開普勒 186f 效果圖)

事實上,自從人類1995年發現第一個系外行星後,已經累計發現了9個預計會存在液態水的行星,加上新近發現的比鄰星b,2/3 由NASA 的開普勒太空望遠鏡一手包辦,大部分的判斷都是依據宜居帶這一指標,但由於距離全部都在13 光年以上,因此即使是發現了也幾乎沒有探索的可能。

habitable planet

圖片來自:Wikipedia(歷史上的 9 顆類地行星)

得了孤獨恐懼症的人類

就算距離再遠,即使我們的飛船和通訊設施再差,人類還是無法止住探索外星世界的腳步。

於是有這麼一群「瘋子」,他們每天守在砲台一樣的天文站,觀測著這個他們一輩子也去不了的世界。

pale red dot research

圖片來自:Pale Red Dot(Pale Red Dot 團隊)

Pale Red Dot專案就是這個驚世發現背後的組織,它由倫敦瑪麗皇后大學學院的 Guillem Anglada-Escudé 教授掌舵,由一支天文學家組成的研究小組管理。他們的目的只有一個:透過位於智利 La Silla 的 ESO HARPS 光譜儀觀察比鄰星的變化,由此來確定是否確有系外行星。

spectrum wave of proxima b

圖片來自:Pale Red Dot(恆星晃動)

而可能存在行星的線索最早於2013年發現,但當時觀測結果可信度並不高。

之後,Anglada-Escudé教授的團隊,在ESO的協助下進行了更多觀測,而這項Pale Red Dot計劃也在兩年之後誕生。

在那60個夜晚裡,Anglada-Escudé教授每天都要檢查信號。從前20天的結果來看,與預期已經非常相符,等達到30天時,結果已經很明確,於是團隊開始準備起草論文。

最終在昨天,他們把這個消息告知了整個人類世界。

比鄰星b的發現注定只是個開端,未來,它將成為宇宙中搜尋地外生命線索的重要目標。而事實上,StarShot專案也計劃派探測器飛往半人馬座阿爾法星系。

Anglada-Escudé教授也表示:

我們計劃的下一步是搜尋比鄰星b上的生命。

ESO chill station

圖片來自:Slate(智利 ESO 天文台)

而這也引發了人類千百年來一直縈繞於心頭的宏大問題:我們是誰?茫茫星空下,我們注定孤獨嗎?

於是,人們說:上帝或者真主活在我們頭頂上,掌管著一切;到了近現代,又有形形色色的 UFO 傳聞。

人類似乎難以接受孑然一身這個慘淡的現實,一直在用各種幻想麻痺自己:地球之外,一定還有別的世界,我們一定還有同伴。

於是,劉慈欣這樣的神筆為我們構建了幻想的天地;而另一邊,科學在用證實、漸進的方式為我們拓展眼界。但是,知道這個問題的答案真的有那麼重要嗎?這會是像《三體》中所記述的滅頂之災,還是會幫人類邁向更繁榮更智慧的未來?

在我們真正與外星世界建立聯繫前,這一系列哲學問題都不會有明確可信的解釋。

看來,我們還是一如既往的孤獨而焦慮。

題圖來自:Slate

本文授權轉載自:愛范兒

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